Моделирование нелинейных процессов в паре сухого трения АКМ-контртело

• Автор: Игнатова, Евгения Владимировна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава I. Аналитический обзор литературы.

1.1. Использование АКМ в промышленности.

1.1.1. Автомобилестроение.

1.1.2. Сварка АКМ с использованием триботехнологий.

1.2. Существующие физические модели для описания процесса

трения.

1.2.1. Дискретное контактирование.

1.2.2. Фрикционный контакт. Контактное взаимодействие твердых
тел (кинематическая модель).
1.2.3. Тепловая модель.
1.3. Современные подходы к описанию процессов трения и изнашивания.
1.3.1. Моделирование изнашивания.
1.3.2. Модель структуры композита и ее изнашивания во
фрикционном контакте по Аксену и Хатчингсу.
1.3.3. Изнашивание как феномен самоорганизации.
1.3 .4. Структурные изменения и недостаточность уравнения
диффузии в качестве базовой информационной модели процесса.
1.4. Выводы и задачи исследования.
Глава II. Исследование структурной перестройки поверхностного
слоя трибосистемы АКМ-контртело
2.1. Материалы и методы исследования.
2.1.1. Материалы.
2.1.2. Особенности формирования АКМ.
2.1.3. Методы исследования.
2.2. Исследование изменений структуры на поверхности трения

2.2.1. Самоорганизующиеся структуры в поверхностном слое вентилируемого тормозного диска из АКМ, испытанного на
стенде в паре с колодкой ТИИР206.
2.2.2. Изменение размеров и формы частиц SiC и Si в поверхностном
слое при трении.
2.2.3. Локальные неравновесные фазовые переходы у поверхности
трения.
2.3 . Выводы по главе 2.

Г лава III. Синергетический подход - основа моделирования динамических систем и процессов в новых
триботехнологиях.
3.1. Базовое уравнение статистической теории активных сред.
3.1.1. Синергетика - наука об открытых системах.
3.1.2. Об общей структуре процессов эволюции. 68 3 .1.3. Термодинамические условия эволюции и критерий
самоорганизации.
3.2. Феноменологические модели самоорганизующихся
динамических систем, основанные на синергетическом подходе.
3.2.1. Модель «черный ящик».
3.2.2. Модель системы с обратной связью.
3.2.3. Модель системы с обратной связью по Мандельброту.
3.2.4. Модель роста популяции Ферхюльста.
3.2.5. Критические точки трибосистемы как пороговые состояния процессов и механизмов изнашивания.
3.3. Физическая модель зарождения и эволюции самоорганизующихся структур в поверхностном слое и обобщенные представления об условиях формирования динамического объекта в АКМ.
3.4. Выводы по главе 3. 93 Глава IV. Моделирование изнашивания как динамического процесса
Ферхюльста.
4.1. Трибологические характеристики и изнашивание пары АКМ-ФПМ233. Деградация или самоорганизация?
| 4.2. Анализ распределения энергетических затрат в процессе трения.
4.3. Моделирование состояния активной среды при переходе к самоорганизации. Определение управляющего параметра по экспериментальным данным.
4.4. Выводы по главе 4. 119 Глава V. Использование самоорганизующихся процессов для
формирования неразъемного соединения сваркой трением.
5.1. Оптимизация процесса сварки трением - задача управления изнашиванием.
5.1.1. Выбор формы инструмента.
5.1.2. Исследование микроструктуры неразъемного соединения.
5.3. Выводы по главе 5.
» Выводы по диссертации.
Литература.
ВВЕДЕНИЕ
Нет необходимости много говорить о том, что от состояния фрикционных узлов трения зависит долговечность и комфортность работы механизмов и машин. В последние десятилетия внимание к проблемам управления трением и изнашиванием усилилось. Однако управление трением сводится к снижению фактического изнашивания пар (нанесение защитных покрытий) и к контролю теплового состояния (охлаждение) трибосистем. И все же эти решения не позволяют полностью контролировать события, происходящие в зоне контакта, т.к. трение является сложным явлением, определяемым целым рядом разнообразных взаимодействий. Оно включает в себя ряд процессов (механические, тепловые, химические и др.), часто рассматриваемые как самостоятельные. Каждый из этих процессов описывается сложными зависимостями и протекает в широком диапазоне разнообразных условий нагружения. Соотношение влияний этих процессов на коэффициент трения и изнашивание может быть самым различным в зависимости от условий нагружения, свойств конкурирующих материалов и среды. Поэтому до последнего времени считалось невозможным прогнозировать ход процесса трения из-за его непредсказуемости. Однако если будут найдены способы управления изнашиванием, более полно определены условия формирования и существования продуктов износа в зоне трибоконтакта, появится возможность добиваться не только более высокой износостойкости, а соответственно и долговечности трибопар, работающих в условиях сухого трения, но и более широко использовать это явление в новых триботехнологиях, построенных на использовании сухого трения для получения неразъемного соединения разнообразных материалов и изделий.
В последнее время, с развитием физики процессов эволюции (синергетика), появилась возможность по-новому подойти к решению проблемы управления динамикой среды, образующейся в зоне контакта пары. Синергетика позволяет описать механизмы самоорганизации в сложной системе, дает возможность прогнозировать области устойчивого существования и распада структур различной природы, формирующихся в системах, далеких от термодинамического равновесия. В качестве физических объектов она оперирует с диссипативными структурами, образующимися в термодинамической системе в неравновесных условиях в

разрушения поверхностей при трении. В основе его лежит усталостный механизм изнашивания, предполагающий существование необратимого процесса накопления повреждений в материале. В модели Крагельского И В. усталость материалов описывается силовыми показателями.
Третья причина использования модели ИВ. Крагельского, - для описания модели используются в основном общепринятые характеристики материалов (модуль упругости, предел прочности, твердость и т.д.) В нее входит также ряд специфических для фрикционного контакта характеристик (показатели фрикционно-контактной усталости, параметры шероховатостей, коэффицент трения), для которых разработаны методики их определения.
Однако существуют некоторые недостатки и в этой теории. Она оказалась не в состоянии объяснить целый ряд экспериментально наблюдаемых фактов.
Структурным элементом модели является деформируемый объем, который по порядку величины равен а3, где а — средний размер пятна контакта. Следовательно, линейный размер частиц износа тоже должен быть порядка а. На самом деле их размер может быть существенно меньше и больше этой величины.
С точки зрения отклика фрикционной системы на внешнее воздействие модель ведет себя как идеально упругая система, т.е. в ней отсутствуют кинетические эффекты и релаксационные явления, наблюдаемые в действительности [38]. Вообще модель описывает некоторые стационарные состояния системы, те. в ней отсутствуют всевозможные кинетические эффекты - приработка [39], волновой характер изнашивания [40], эффекты памяти и т.д.
Новым взглядом на природу трения и изнашивания является развитие модели И В. Крагельского. Основано оно на следующих положениях [41].
1. Структура фрикционного контакта (рис. 19) содержит пограничный слой, его подслой (слой Сен-Венана) и материал основы. Под пограничным слоем понимают узкую в поперечном к направлению скольжения сечении область в окрестности границы раздела контактирующих тел, движение вещества в которой, отличное от его движения в примыкающий областях, реализует относительное макроскопическое смещение этих тел. Слой Сен-Венана является